1 南京航空航天大学自动化学院，江苏 南京 211106
2 南方科技大学电子与电气工程系，广东 深圳 518055
3 高速载运设施的无损检测监控技术工信部重点实验室，江苏 南京 211106
4 鹏城实验室，广东 深圳 518055
5 智能光传感与调控技术教育部重点实验室，江苏 南京 210023
针对光频域反射（OFDR）分布式光纤传感在长距离、大量程应用场景中，参考光谱与测量光谱间的相似度（SD）退化及由此造成的鲁棒性下降的问题，本文研究了可调谐激光光源调谐非线性补偿模型，发现补偿的残余误差会引起传感单元产生随机位置偏差（PoD）。基于对PoD的统计学分析，建立了参考和测量光谱间SD的评价体系，并提出一种基于卡尔曼预测和局部寻优的传感单元随机PoD补偿方法，实现了参考和测量光谱位置的高效、精准匹配。本文所提方法能够在50 m的传感光纤上以5 mm的空间分辨率实现大量程传感（最高温度~450 ℃，最大应变~10000 με），且兼顾高鲁棒性和高速度（计算量可降低到原来的5.8%~28.6%）。这些优点使该方法能够广泛应用于现有的光频域反射分布式光纤传感系统。
光纤传感器 分布式传感 光频域反射计 卡尔曼预测
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
基于我国强激光装置建设和工程任务需求，同济大学建立了基于纳秒与飞秒脉冲激光的自动化激光损伤阈值测试系统，该系统具有微米与亚微米级损伤的自动检测、定位复检、瞬态诊断和原位测量功能，测试流程基于ISO标准与光栅扫描等方法；此外，通过国际损伤阈值评测，实现了测量结果的国际对标。十多年来，利用该激光损伤阈值测试系统，我们系统研究了基板研磨与抛光工艺、超声清洗与表面残留、薄膜设计与大角度抑制、三维电场模拟与透镜聚焦效应、镀膜材料选择与氧化工艺、节瘤几何成型控制与平坦化、环境保持与传递控制、镀膜优化与辅助工艺、退火工艺与后处理技术、存放环境与人为污染等各类因素对激光损伤阈值的影响和作用规律；根据不同研究对象在不同参数和工作条件下的激光损伤特征，研究了激光损伤诱因、损伤演化及损伤机理；此外，基于泵浦-探测成像技术研究了透射元件的损伤动力学特性。激光损伤阈值表征与损伤溯源为课题组超高阈值和大尺寸激光薄膜器件的研制提供了关键的支撑技术，同时，为国内外数十家科研机构、高校院所和企业提供了高置信度的激光损伤阈值测试服务。
激光损伤 自动化测试系统 光栅扫描 人工缺陷 泵浦-探测 损伤演化 光学薄膜 laser damage automatic test system raster scan artificial defects pump-probe damage evolution optical thin film 光学 精密工程
2022, 30(21): 2805
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与应用专业技术服务平台，上海200092
根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求，基于对薄膜损伤机制的认识，同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷，系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性，促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度，提出了提升薄膜损伤性能的新途径，创建了新材料，实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备，有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。
激光薄膜 激光损伤 节瘤 人工缺陷 电场增强 laser coating laser damage nodule artificial defect electric field enhancement 光学 精密工程
2022, 30(21): 2568
同济大学精密光学工程技术研究所成立二十年来，以探索前沿科学问题、突破核心关键技术、服务国家重要应用为目标，形成了理论与模拟相结合、科学问题解决与关键技术突破相结合、基础研究与重要应用相结合的特色，形成了研究所的发展理念，打造了高水平研究平台，在X射线器件与系统、强激光薄膜与应用、光学纳米计量与测试、微纳光学与智能感知四个研究方向上取得了突出的研究成果，已成为高层次人才培养和高水平科学研究的重要基地。
光学 精密工程
2022, 30(21): 2555
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210036
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Precision Optical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
2 Beijing Research Institute of Telemetry, Beijing 100094, China
The influence of nodule defects on the characteristics of femtosecond laser-induced damage has not been fully investigated. In this study, two types of 800 nm/1064 nm dual-band high-reflection films with different configurations were analyzed. Combined with finite-difference time-domain electric field simulation and focused ion beam analysis, the initial state and growth process of femtosecond laser damage of nodules were explored. In particular, the sequence of blister damage determined by the film design and the inner damage caused by nodules were clarified. The rule of the laser-induced damage threshold of different size nodules was obtained. The difference in the damage behavior of nodules in the two types of films was elucidated.
femtosecond laser damage nodule defects dual-band high reflectors Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081403
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200065
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
偏振片在诸多光学系统中有着重要的应用。亚波长介质光栅可用作正入射偏振片, 在高能激光系统中有着广泛的应用前景。为了探究波长为1 064 nm的纳秒脉冲激光对于亚波长全介质光栅的诱导损伤特性, 使用了粒子群优化算法结合严格耦合波分析设计了光栅的几何参数, 计算表明亚波长光栅偏振片在入射光波长1 064 nm附近带宽0.5 nm内, 平均消光比为1 500。使用了紫外曝光配合离子束刻蚀的工艺制备了HfO2光栅, 并对其纳秒脉冲激光损伤阈值进行了测试。测试结果表明S光损伤阈值约为P光损伤阈值的5倍, 且都大于5 J/cm2。结果表明亚波长全介质光栅偏振片可广泛用于正入射激光系统中。
偏振 亚波长光栅 损伤阈值 激光系统 polarization sub-wavelength grating laser-induced damage threshold laser systems
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
基于热弯玻璃的圆锥近似Wolter-I型X射线聚焦望远镜采用在凸柱面镜模具上热弯超薄玻璃的反射镜片制作方式, 柱面镜低频面形误差和中频波纹度是影响望远镜聚焦性能的主要因素, 因此高精度快速检测凹凸柱面镜中低频表面误差是研制中的关键技术。传统的柱面样板法无法检测超薄镜片, 且只能检测对应样板半径的面形, 检测效率低, 无法满足要求。采用基于计算全息的零位补偿干涉检测法和激光扫描两种方法, 对超光滑凸柱面模具和超薄凹柱面镜片进行快速定量检测, 计算了两种检测方法的功率谱密度, 通过表面的斜率误差拟合得到点扩散函数曲线和半功率直径。结果表明: 两种方法都能够快速定量表征中低频表面误差对X射线望远镜角分辨率的影响, 为提高反射镜制作精度和改善X射线望远镜聚焦性能提供了技术支撑。
圆锥近似Wolter-I望远镜 柱面镜检测 面形误差 计算全息干涉检验 激光扫描 conic Wolter-I telescope cylindrical glass measurement figure error CGH interferometry laser scanner 红外与激光工程
2018, 47(4): 0417001
1 同济大学 先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092
2 同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所, 上海 200092
探究了节瘤缺陷平坦化技术中平坦化层（刻蚀层）厚度和种子源尺寸之间的刻蚀规律，同时解释了平坦化技术提高节瘤缺陷的损伤阈值的机制。在双离子束溅射系统中，使用SiO2微球模拟真实的种子源置于基板上，镀制1064 nm HfO2/SiO2高反膜，制备人工节瘤缺陷。对类似于实际种子源的SiO2微球一系列不同刻蚀程度的实验得出了节瘤缺陷平坦化技术的刻蚀规律：只要平坦化层（刻蚀层）的厚度稍大于节瘤缺陷的种子源粒径，就可以将种子源完全平坦化。使用时域有限差分法（FDTD）模拟不同平坦化程度的节瘤缺陷内电场增强的结果与节瘤缺陷的损伤形貌进行对比实验，将损伤形貌和损伤阈值与电场强度分布之间建立联系，表明平坦化技术可以改变节瘤缺陷原有的几何结构，有效抑制节瘤缺陷的电场增强效应。最后，通过对未经平坦化和经过平坦化处理后的节瘤缺陷进行损伤阈值测试，对比结果直接验证了节瘤缺陷平坦化技术可以实现对节瘤缺陷的调控，大幅度提高了节瘤缺陷的损伤阈值。
节瘤缺陷 平坦化 电场增强 损伤阈值 nodular defects planarization electric field enhancement laser-induced damage threshold 强激光与粒子束
2018, 30(9): 092001
